用于預(yù)點(diǎn)火控制的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本說明大體涉及用于減緩使用直吹(blow-through)空氣操作的發(fā)動(dòng)機(jī)中預(yù)點(diǎn)火的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]升壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供比類似功率的自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)更大的燃料效率和更低的排放。然而，在瞬變狀況期間，升壓發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、燃料效率和排放-控制性能會(huì)變差。這樣的瞬變狀況可以包括快速地增加或減小操作員轉(zhuǎn)矩需求、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或質(zhì)量空氣流量。例如，當(dāng)要求的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩快速地增加時(shí)，渦輪增壓器壓縮機(jī)會(huì)需要經(jīng)由排氣質(zhì)量流量增加來自渦輪增壓器渦輪機(jī)的輸入(例如，轉(zhuǎn)矩)以輸送增加的升壓空氣流到發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，如果驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的渦輪機(jī)未完全地加速旋轉(zhuǎn)(spin up)，這樣的轉(zhuǎn)矩會(huì)是不可用的。因此，不期望的功率遲滯會(huì)在進(jìn)氣空氣流增加到需要的水平之前發(fā)生。
[0003]為了減小功率遲滯，升壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以以直吹模式操作，其中氣門正時(shí)被調(diào)整以增加正向氣門重疊。增加的氣門重疊增加輸送到渦輪機(jī)的能量，從而減少升壓的總時(shí)間。然而，發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識(shí)到當(dāng)以直吹模式操作時(shí)，其包括低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載狀況，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)易于有異常燃燒事件，如由于預(yù)點(diǎn)火。由于預(yù)點(diǎn)火的早期異常燃燒能夠引起非常高的缸內(nèi)壓力，并且能夠?qū)е骂愃朴谌紵鸬哂休^大的強(qiáng)度的燃燒壓力波。這樣的異常燃燒事件能夠引起快速的發(fā)動(dòng)機(jī)退化。
[0004]盡管可以通過減小升壓裝置的輸出或使受影響的汽缸的預(yù)點(diǎn)火富集(enrich)可以減緩預(yù)點(diǎn)火事件，但是如由Busl印P等人在美國專利申請(qǐng)2013/0054109中所示出的，當(dāng)以直吹模式操作時(shí)，這些減緩調(diào)整不會(huì)是切實(shí)可行的選擇。作為示例，在直吹模式期間，發(fā)動(dòng)機(jī)在汽缸中通常以化學(xué)計(jì)量空燃比操作，但是在排氣催化劑處是稀的，這是由于在高氣門重疊的時(shí)期期間空氣流從進(jìn)氣裝置進(jìn)入排氣裝置。在此類狀況期間，由于過熱使用臨時(shí)的汽缸富集的預(yù)點(diǎn)火減緩可以引起催化劑退化。具體地，在催化劑處可用的過量的氧可以在導(dǎo)致催化劑處的過溫狀況的預(yù)點(diǎn)火檢測(cè)之后與噴射的豐富的燃料起反應(yīng)。作為另一示例，減小升壓裝置的輸出會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出和渦輪遲滯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于這些問題，發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)一種用于解決當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以氣門重疊操作時(shí)會(huì)發(fā)生的預(yù)點(diǎn)火的方法。一種示例方法包括:當(dāng)以直吹模式操作時(shí)，響應(yīng)于預(yù)點(diǎn)火的指示，減小氣門重疊。以此方式，在直吹操作期間可以降低預(yù)點(diǎn)火發(fā)生。
[0006]在一種示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)在當(dāng)渦輪遲滯是可能的狀況期間(例如，在踩加速器踏板事件期間)可以以直吹模式操作。其中，可變凸輪正時(shí)裝置可以被致動(dòng)以將一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的第一進(jìn)氣門或排氣門正時(shí)從不具有氣門重疊的正時(shí)調(diào)整到具有更多個(gè)正向氣門重疊(例如，具有完全正向進(jìn)氣門到排氣門重疊)的正時(shí)。經(jīng)由汽缸從進(jìn)氣裝置到排氣裝置的空氣流被用于減少轉(zhuǎn)矩時(shí)間。響應(yīng)于當(dāng)以直吹模式操作時(shí)接收的預(yù)點(diǎn)火的指示，控制器可以獨(dú)立于第二預(yù)點(diǎn)火計(jì)數(shù)器增加第一預(yù)點(diǎn)火計(jì)數(shù)器，該第二預(yù)點(diǎn)火計(jì)數(shù)器僅響應(yīng)于當(dāng)以直吹模式之外的模式操作時(shí)接收的預(yù)點(diǎn)火的指示而增加。當(dāng)?shù)谝活A(yù)點(diǎn)火計(jì)數(shù)器的輸出超過上限閾值時(shí)，可以采取負(fù)載限制動(dòng)作。具體地，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載可以通過減少空氣的直吹而被限制，如通過調(diào)整可變凸輪正時(shí)裝置以減小正向氣門重疊。在一個(gè)示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以以無氣門重疊被臨時(shí)地操作。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)可以被臨時(shí)地富集。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載經(jīng)由氣門重疊的減小被限制，預(yù)點(diǎn)火事件的發(fā)生降低并且可以減少第一計(jì)數(shù)器。隨著第一計(jì)數(shù)器的輸出逐漸地降低時(shí)，氣門重疊可以被逐漸地增加直到具有較高的(例如，完全)正向氣門重疊的發(fā)動(dòng)機(jī)操作被恢復(fù)。
[0007]這樣，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)未以直吹模式操作時(shí)，第二預(yù)點(diǎn)火計(jì)數(shù)器可以被增加并且當(dāng)?shù)诙?jì)數(shù)器的輸出超過閾值時(shí)可以采取預(yù)點(diǎn)火減緩動(dòng)作。減緩動(dòng)作可以包括使受影響的汽缸以及一個(gè)或更多個(gè)附加汽缸的預(yù)點(diǎn)火富集。該動(dòng)作也可以包括通過減小進(jìn)氣節(jié)氣門開度來限制發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載或者在減小總升壓的更大的打開位置處操作廢氣門。然后，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載被限制并且預(yù)點(diǎn)火事件的發(fā)生降低時(shí)，第二計(jì)數(shù)器可以被減少。隨著第二計(jì)數(shù)器被減少，節(jié)氣門開度(或廢氣門開度)可以被增加直到具有標(biāo)稱節(jié)氣門和廢氣門設(shè)置的化學(xué)計(jì)量比發(fā)動(dòng)機(jī)操作被恢復(fù)。
[0008]以此方式，當(dāng)以直吹模式操作時(shí)能夠降低對(duì)預(yù)點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)的傾向。通過使額外的質(zhì)量流量和焓經(jīng)由正向氣門重疊的使用能夠被提供在排氣中，直吹空氣能夠被有利地用于加快渦輪機(jī)加速旋轉(zhuǎn)并且減少渦輪遲滯而不使發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化。通過響應(yīng)于預(yù)點(diǎn)火臨時(shí)地減小氣門重疊的量，催化劑過熱和發(fā)動(dòng)機(jī)退化能夠被降低。通過在直吹模式下調(diào)整氣門正時(shí)以減小發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，能夠在使直吹操作能夠被快速地恢復(fù)時(shí)減緩預(yù)點(diǎn)火。通過延長直吹空氣的使用，發(fā)動(dòng)機(jī)性能益處被延長。
[0009]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上概述是為了以簡化的形式介紹一些概念，這些概念在【具體實(shí)施方式】中被進(jìn)一步描述。這并不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，所要求保護(hù)的主題的范圍被【具體實(shí)施方式】之后的權(quán)利要求唯一地限定。另外，所要求保護(hù)的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0010]圖1示意性地示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的方面。
[0011]圖2不出部分發(fā)動(dòng)機(jī)視圖。
[0012]圖3示出用于以直吹模式操作的高水平流程圖。
[0013]圖4示出用于在相對(duì)于非直吹模式的直吹模式下解決預(yù)點(diǎn)火的高級(jí)別流程圖。
[0014]圖5-圖7示出方框圖，該方框圖示出在以直吹模式和非直吹模式的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載限制的調(diào)整。
[0015]圖8示出根據(jù)本公開的響應(yīng)于當(dāng)以直吹模式操作時(shí)預(yù)點(diǎn)火的指示執(zhí)行的減緩步驟的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0016]通過使用正向氣門重疊引導(dǎo)一定量的進(jìn)氣空氣經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸從進(jìn)氣歧管到發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(如圖1-圖2的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng))的排氣歧管，提供用于減少渦輪遲滯的方法和系統(tǒng)。響應(yīng)于踩加速器踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可以執(zhí)行控制程序，如圖3的程序，從而以直吹模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)，其中直吹空氣被輸送到排氣歧管以加塊渦輪機(jī)加速旋轉(zhuǎn)。響應(yīng)于當(dāng)以直吹模式操作時(shí)接收的預(yù)點(diǎn)火的指示，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可以執(zhí)行選擇的預(yù)點(diǎn)火減緩步驟，該預(yù)點(diǎn)火減緩步驟可以與當(dāng)以非直吹模式操作時(shí)執(zhí)行的減緩動(dòng)作不同。例如，控制器可以執(zhí)行控制程序，如圖4的示例程序，以在直吹模式下經(jīng)由氣門重疊調(diào)整來限制發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載并且在非直吹模式下經(jīng)由進(jìn)氣節(jié)氣門調(diào)整使用發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載限制。負(fù)載限制調(diào)整可以基于如在圖5-圖7處所討論的氣門正時(shí)、氣門重疊、渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速等。在圖8處描述了當(dāng)流動(dòng)直吹空氣時(shí)執(zhí)行示例預(yù)點(diǎn)火減緩。
[0017]圖1示意性地示出包括發(fā)動(dòng)機(jī)10的示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的方面。在示出的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10是耦接到包括由渦輪機(jī)76驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)74的渦輪增壓器13的升壓發(fā)動(dòng)機(jī)。具體地，新鮮空氣沿進(jìn)氣通道42經(jīng)由空氣過濾器56被引入發(fā)動(dòng)機(jī)10并且流到壓縮機(jī)74。通過進(jìn)氣通道42進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)的環(huán)境空氣的流率能夠通過調(diào)整進(jìn)氣節(jié)氣門20至少部分被控制。壓縮機(jī)74可以是任何合適的進(jìn)氣空氣壓縮機(jī)，如馬達(dá)驅(qū)動(dòng)或驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)的機(jī)械增壓器壓縮機(jī)。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10中，壓縮機(jī)是經(jīng)由軸19機(jī)械地耦接到渦輪機(jī)76的渦輪增壓器壓縮機(jī)，渦輪機(jī)76由膨脹的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣驅(qū)動(dòng)。在一種實(shí)施例中，壓縮機(jī)和渦輪機(jī)可以被耦接在雙渦流渦輪增壓器內(nèi)。在另一實(shí)施例中，渦輪增壓器可以是可變幾何渦輪增壓器(VGT)，其中渦輪機(jī)幾何作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)而主動(dòng)地變化。
[0018]如圖1所示，壓縮機(jī)74通過增壓空氣冷卻器18被耦接到進(jìn)氣節(jié)氣門20。進(jìn)氣節(jié)氣門20被耦接到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管22。壓縮的空氣充氣從壓縮機(jī)流過增壓空氣冷卻器和節(jié)流閥到進(jìn)氣歧管。例如，增壓空氣冷卻器可以是空氣-空氣或空氣-水熱交換器。在圖1示出的實(shí)施例中，進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣充氣的壓力由歧管空氣壓力(MAP)傳感器24來感測(cè)。壓縮機(jī)旁通閥(未示出)可以被串聯(lián)地耦接在壓縮機(jī)74的進(jìn)口和出口之間。壓縮機(jī)旁通閥可以是被配置成在選定的工況下打開以釋放/減小過剩升壓壓力的常閉閥。例如，壓縮機(jī)旁通閥可以在減小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的狀況期間被打開以避免壓縮機(jī)喘振。
[0019]進(jìn)氣歧管22通過一系列進(jìn)氣門(例如進(jìn)氣門62)被耦接到一系列燃燒室30。燃燒室經(jīng)由一系列排氣門(如排氣門64)進(jìn)一步被耦接到排氣歧管36。在示出的實(shí)施例中，單一排氣歧管36被示出。然而，在另一些實(shí)施例中，排氣歧管可以包括多個(gè)排氣歧管段。具有多個(gè)排氣歧管段的配置可以使來自不同燃燒室的流出物能夠被引導(dǎo)到發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的不同位置。
[0020]燃燒室30可以被供應(yīng)一種或更多種燃料，如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、壓縮天然氣等。燃料可以經(jīng)由噴射器66被供應(yīng)到燃燒室。在示出的示例中，燃料噴射器66被配置成用于直接噴射，在另一些實(shí)施例中，燃料噴射器66可以被配置成用于進(jìn)氣道噴射或節(jié)流閥體噴射。進(jìn)一步地，每個(gè)燃燒室可以包括不同配置的一個(gè)或更多個(gè)燃料噴射器以確保每個(gè)汽缸接收經(jīng)由直接噴射、進(jìn)氣道噴射、節(jié)流閥體噴射或它們的組合的燃料。在燃燒室中，可以經(jīng)由火花點(diǎn)火和/或壓縮點(diǎn)火開始燃燒。
[0021]來自排氣歧管36的排氣被引導(dǎo)至渦輪機(jī)76以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。當(dāng)期望減少的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，一些排氣反而可以被引導(dǎo)通過廢氣門78，繞過渦輪機(jī)。來自渦輪機(jī)和廢氣門78的組合流然后流過排放控制裝置70。簡言之，一個(gè)或更多個(gè)排放控制裝置可以包括被配置為催化地處理排氣流的一個(gè)或更多個(gè)排氣后處理催化劑，并由此還原排氣流中一定量的一種或更多種物。例如，一個(gè)排氣后處理催化劑可以被配置成當(dāng)排氣流為稀時(shí)捕集來自排氣流的NOx，并且當(dāng)排氣流為富時(shí)還原捕集的N0X。在另一些示例中，排氣后處理催化劑可以被配置成不成比例的NOx或在還原劑的幫助下可選地還原N0X。在又一些示例中，排氣后處理催化劑可以被配置成氧化排氣流中的殘余碳?xì)浠衔锖?或一氧化碳。具有任何這樣的功能的不同排氣后處理催化劑可以被單獨(dú)或一起安排在中間層(wash coats)中或者排氣后處理階段的其它地方。在一些實(shí)施例中，排氣后處理階段可以包括被配置成捕集并氧化排氣流中的煙塵顆粒的可再生煙塵過濾器。來自排放控制裝置70的全部或部分被處理的排氣可以經(jīng)由排氣導(dǎo)管35被釋放到大氣中。
[0022]取決于工況，排氣的一部分可以經(jīng)由EGR通道51通過EGR冷卻器50和EGR閥52從渦輪機(jī)76上游的排氣歧管36再循環(huán)到壓縮機(jī)74下游的進(jìn)氣歧管22。以此方式，高壓排氣再循環(huán)(HP-EGR)可以被啟用。在一些實(shí)施例中，除了 HP-EGR之外，低壓排氣再循環(huán)(LP-EGR)也可以被啟用，其中被處理的排氣的一部分經(jīng)由低壓EGR通道(且在其中耦接EGR冷卻器和EGR閥(未示出))從渦輪機(jī)76下游的排氣歧管36再循環(huán)到壓縮機(jī)74上游的進(jìn)氣歧管22。EGR閥52可以被打開以允許受控?cái)?shù)量的冷卻排氣到進(jìn)氣歧管，用于期望的燃燒和排放-控制性能。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10中相對(duì)長的EGR流路徑將非常均質(zhì)的排氣提供到進(jìn)氣空氣充氣中。進(jìn)一步地，EGR開始點(diǎn)(take-off point)和混合點(diǎn)的部署提供了針對(duì)增加的可用EGR質(zhì)量和改善的性能的非常有效的排氣冷卻。
[0023]每個(gè)汽缸30可以由一個(gè)或更多個(gè)氣門服務(wù)。在本示例中，每個(gè)汽缸30包括對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣門62和排氣門64。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100進(jìn)一步包括用于操作進(jìn)氣門62和/或排氣門64的一個(gè)或更多個(gè)凸輪軸68。在示出的示例中，進(jìn)氣凸輪軸68被耦接到進(jìn)氣門62并且能夠被致動(dòng)以操作進(jìn)氣門62。在一些實(shí)施例中，在多個(gè)汽缸30的進(jìn)氣門被耦接到共用凸輪軸的情況下，進(jìn)氣凸輪軸68能夠被致動(dòng)以操作所有被耦接的汽缸的進(jìn)氣門。
[0024]進(jìn)氣門62在允許進(jìn)氣空氣進(jìn)入對(duì)應(yīng)的汽缸的打開位置和大體阻擋來自汽缸的進(jìn)氣空氣的關(guān)閉位置之間是可致動(dòng)的。進(jìn)氣凸輪軸68可以被包括在進(jìn)氣門致動(dòng)系統(tǒng)69中。進(jìn)氣凸輪軸68包括進(jìn)氣凸輪67，該進(jìn)氣凸輪具有用于打開進(jìn)氣門62限定的進(jìn)氣持續(xù)時(shí)間的凸輪凸角廓線。在一些實(shí)施例中(未示出)，凸輪軸可以包括具有替代的凸輪凸角廓線的附加進(jìn)氣凸輪，該替代的凸輪凸角廓線允許進(jìn)氣門62被打開替代的持續(xù)時(shí)間(在本文中也被稱為凸輪廓線變換系統(tǒng))?；诟郊油馆喌耐菇抢€，替代的持續(xù)時(shí)間可以比進(jìn)氣凸輪67的限定的持續(xù)時(shí)間更長或更短。凸角廓線可以影響凸輪提升高度、凸輪持續(xù)時(shí)間和/或凸輪正時(shí)。控制器通過縱向地移動(dòng)進(jìn)氣凸輪軸68并且在凸輪廓線之間變換可以能夠變換進(jìn)氣門持續(xù)時(shí)間。
[0025]在同一方式中，每個(gè)排氣門64在允許排氣離開對(duì)應(yīng)的汽缸的打開位置和大體保持氣體在汽缸內(nèi)的關(guān)閉位置之間是可致動(dòng)的。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到當(dāng)只有進(jìn)氣門62被示出是凸輪致動(dòng)的時(shí)，排氣門64也可以通過類似的排氣凸輪軸(未示出)被致動(dòng)。在一些實(shí)施例中，在多個(gè)汽缸30的排氣門被耦接到共用凸輪軸的情況下，排氣凸輪軸能夠被致動(dòng)以操作所有被耦接的汽缸的排氣門。至于進(jìn)氣凸輪軸68，當(dāng)被包括時(shí)，排氣凸輪軸可以包括具有凸輪凸角廓線的排氣凸輪，該凸輪凸角廓線用于打開排氣門64限定的排氣持續(xù)時(shí)間。在一些實(shí)施例中。排氣凸輪軸可以進(jìn)一步包括具有替代的凸輪凸角廓線的附加排氣凸輪，該替代的凸輪凸角廓線允許排氣門64被打開替代的持續(xù)時(shí)間。凸角廓線可以影響凸輪提升高度、凸輪持續(xù)時(shí)間和/或凸輪正時(shí)?？刂破魍ㄟ^縱向地移動(dòng)排氣凸輪軸并且在凸輪廓線之間變換可以能夠變換排氣門持續(xù)時(shí)間。
[0026]應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到進(jìn)氣凸輪軸和/或排氣凸輪軸可以被耦接到汽缸子集，并且可以存在多個(gè)進(jìn)氣凸輪軸和/或排氣凸輪軸。例如，第一進(jìn)氣凸輪軸可以被耦接到汽缸的第一子集的進(jìn)氣門而第二進(jìn)氣凸輪軸可以被耦接到汽缸的第二子集的進(jìn)氣門。同樣地，第一排氣凸輪軸可以被耦接到汽缸的第一子集的排氣門而第二排氣凸輪軸可以被耦接到汽缸的第二子集的排氣門。更進(jìn)一步地，一個(gè)或更多個(gè)進(jìn)氣門和排氣門可以被耦接到每個(gè)凸輪軸。耦接到凸輪軸的汽缸的子集可以基于它們沿發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的位置、它們的點(diǎn)火順序、發(fā)動(dòng)機(jī)配置等。
[0027]進(jìn)氣門致動(dòng)系統(tǒng)69和排氣門致動(dòng)系統(tǒng)(未示出)可以進(jìn)一步包括推桿、搖臂、挺桿等。這樣的裝置和特征可以通過使凸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為氣門的平移運(yùn)動(dòng)來控制進(jìn)氣門62和排氣門64的致動(dòng)。如前面討論的，在不同氣門之間的凸輪凸角廓線可以提供變化的凸